校企合作视角下虚拟仿真技术的教学创新路径

2023-02-24客海生

教育教学论坛 2023年1期

客海生

（唐山师范学院海洋学院，河北唐山 063000）

引言

所谓校企合作，是指高校与企业之间充分根据各方的实际需要，利用各自的优势资源，在高校的教育形式、教学平台等多种层面开展合作。而这些新型的教育方式，能够极大地推动中国高等教育人才培养整体水平的提升。在双方的协作过程中，通过协作条件，寻求通过合理使用资源达到共享价值的结合点，积极推动校企深度融合和互动，共同承担对应用型人才的培育。虚拟仿真则是充分利用了现代多媒体技术、仿真技术和虚拟现实技术的一种实用模型。这项技术的核心是计算机，通过对计算机软件的合理使用，能够建立一种逻辑结构模式，并充分利用该模式辅助硬件装置实现虚拟模式的构建，从而运用计算机形式与信息技术手段进行虚拟现实的网络化。在这项技术中，学生能够使用计算机完成实践练习。

一、背景分析

教育部在《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中提出，人才培养模式改革的重点是教学过程的实践性、开放性和职业性，实验、实训、实习是三个关键环节［1］。加强教学实习基地建设，是高校进一步改进办学条件、凸显办学特点、提高教学质量的重点，而高校在各专业教学计划中都设有相应的教学实验培训课题，这是对教学需求的主动反映。传统的实践性训练教育过程主要侧重于物理硬件教学，在实验室、训练馆或企业车间中进行。因为其教学直接、易感、接近生产实际，历来是我国高校实践性教学的首选教学模式。但是，由于这些教学模式存在固有的弊端，资金投入过大，教学适应性也较差，因此难以开展，这就使传统实践性教育陷入了困境。而充分运用计算机和现代技术开展虚拟车间、虚拟生产车间、虚拟化实践和虚拟技术教学，是目前不少高校在探索的教学方法，以减轻传统实践性教学模式所造成的压力。虚拟现实仿真教育技术具有多认知性、沉浸性、交互式和概念性等优点，这些特点便于教师的教育和学生专业技术的训练，这为解决高校面临的实训、学习、就业困难等问题开拓了新途径。所以，将虚拟现实仿真技术运用于实验实训教学，必将成为高校的良好选择。

二、虚拟仿真技术的比较优势

目前，不少高校的重点学科，如数控技术、焊接加工技术、计算机技术、应用化工技术等，均引进了虚拟仿真培训的教学模式，同时，虚拟电脑仿真技术也非常适合高校的学生培养模式。在高校中，使用虚拟电脑仿真技术是必不可少的、可行的、优越的。虚拟仿真软件已经在许多公司中获得了广泛的运用，他们使用虚拟仿真软件进行产品设计，比如用作芯片产品设计的Tanner EDA软件、用于网站设计的OPNET和NS2应用软件等。学生在学校内通过虚拟仿真教学软件所掌握的知识，能够运用在未来的教学项目中。与常规的物理形体实验教育不同，虚拟现实计算机仿真技术的教育是利用计算机软件进行的。与常规的实验教学模式比较，使用虚拟现实计算机仿真技术开展的教育具有突出的科技特色，主要表现在以下几个方面。

（一）节约教学成本，具有高效性

与传统教学方法相比，计算机软件系统的虚拟仿真技术实习模式的资源投入低、更新维修较简单，在虚拟仿真结果的教学平台上，学生在物理课程中不需进行重复性的任务，从而减少了学生完成任务的时间。同时，教师根据出现的实际问题，能够在不考虑技术设备和材料耗费的情况下开展重复作业训练，极大地节约了教学成本，也大大提高了教学效果。就教学资源计划、构建与应用全过程的质量管理而言，虚拟仿真实验教学方法的综合运营成本远远小于传统物理操作教学方法［2］。

（二）广泛的适应性和实用性

传统的实践课程教学模式的适应性较差，但虚拟仿真技术却不受课程、学科和专业技术范畴的约束，是一种应用广泛的技术手段，并具有普遍的适应性。

1.通用性、兼容性强。虚拟仿真技术具备强大的教学应用兼容性，适合实际课程的教学内容设置和绩效评估的全过程。在项目实际教学活动中，这些通用应用软件均具备模拟能力。通常，如果一种软件能够同时完成多门课程的仿真教学内容，那么一个项目的实际教学也同样能够使用多种软件同时进行。从概念上来说，虚拟仿真技术能够完成各种用实物方式完成的实际教学。因此，所有电气专业的基本实验和实训项目都能够借助通用的EDA软件（如Multisim或Protel）的模拟软件来完成，而化学学科的实训教学能够借助化工仿真或DCS操作系统的单位级和部门级仿真软件来完成。

2.突破空间局限，具备灵活性，便于更新升级。虚拟仿真课堂能够打破传统现场教育位置固定、时间限制、设施不足、教学内容无法变化的困局［3］。只要学生在电脑中设置了虚拟仿真软件，就能够将虚拟仿真课堂延伸到教室、宿舍或家里，可以随时通过虚拟仿真教学软件进行练习与探究，从而摆脱时间与空间的束缚，不受地点等外界条件的影响，让教学变得更加灵活多样。虚拟仿真技术的修改和提升，在很大程度上是由于软件的改进和提升，其速度快、风险低。网络知识技术的使用能够随着科学技术的发展有效地适应信息时代的要求，保证实践教育的良好效果，更好地证明了对实践课程教学的催化作用。

3.容错功能强。由于学生的素质有高有低，因此在教学实践与练习的过程中难免会发生操作失误。在一些情形下，操作失误有可能造成重大的教学事故，从而威胁教育仪器设备乃至学生的生命安全。而基于虚拟现实与仿真技术的实际教育使用对象主要是计算机软件，教师可以把所有的操作状态设定为“虚拟”体验。仿真系统可以利用参数控制仿真中实际设备的机械性能，以即时反映实验成果，同时检查各种指令的准确性，并利用反复实验达到操作实践的目的［4］。

三、基于校企合作的虚拟仿真教学实践模式建设

建立校企合作下的虚拟现实仿真课程实施模式，必须从理论课程的实践入手，由专业教师参与，这就能够建立一个高度开放性的教学方法。采用这种教学方法，实际虚拟仿真实验课程中的内容将贯穿整个教学过程，让学生经过适当的引导与渗透，切实了解虚拟仿真实验的知识点。构建校企合作的基于虚拟现实仿真课程实施模式，必须以有效提升实际教学为基本出发点。可以设置明确的培养计划，在工作实施过程中以培养学生的实际能力和创新性为重要切入点，以校企合作为平台开展实践性课程。所以，构建完备的虚拟仿真实验课程系统，最大限度地发掘学生的创造力，这不仅可以有效地推动学生自身创新能力的培养，还可以极大地推动学生建立创新思维模型，达到高校教学和培养计划的有效整合。充分利用现有虚拟仿真课程平台，并融入学校的理论课程，以达到理论教学与实际学习的有机融合。在高校的日常教育活动中，很多基础知识的学习是单独开展的，相互之间缺乏关联，使得学生在具体学习活动时存在盲目复习的情况，无法将不同的基础知识关联起来。虚拟仿真实践课程系统采用虚拟仿真的教学模式把不同的课程连接起来，同时要求专业教师利用虚拟仿真课程系统介绍并揭示各种课程在教学实践过程中的重要性，进而达到以基础教学理论为依据、以现代教学技术为工具的有效教学方法。通过建立教学虚拟仿真体系，最大限度地发掘学生的学习潜力，为促进教学思想的产生和知识水准的提升发挥重要的作用。在校企联合的虚拟现实仿真课程实施方式下，学生学习的主动性获得了很大提升，他们的实验能力、创造能力及实际应用能力在现实教育过程中得以提高。

四、基于校企合作的虚拟仿真教学实践平台管理机制的建立

（一）搭建虚拟仿真实践教学平台

通过虚拟仿真实践教育平台，学校完成了对公司实践生产项目教学和高校理论课程教育的集成。所以，高校与企业都要主动投入教育资源，在校企协同下共同建设虚拟仿真的教育网络平台。具体内容如下。

1.虚拟仿真技术的迅速发展为高等院校进行虚拟仿真实验课程提供了技术基础。随着计算机软硬件技术水平的提升，虚拟仿真技术也逐步发展与完善。此外，随着智能终端设备的基本普及，以及高速网络、宽带与移动网络的全面覆盖，为利用虚拟仿真结果实现教学提供了有利条件。

2.以熟悉应用移动设备的大专院校教师为使用对象。目前，我们学校所采用的移动终端设备的能力正在不断地更新换代中，并显得越来越强劲，青少年学生已经成为这类应用平台的重点用户，学生也习惯了使用网络实现教育数据的获取，而这些形式也为新型教育方式的探索提供了借鉴。因此，高校虚拟仿真结果应用教育模式的建立应该符合用户的行为特点，以适应高校教学本身的特性，如针对教师之间沟通交流的需求构建完善的信息交流体系，为便于与教师在线交流，构建完善的用户社群。

3.虚拟仿真实践教学平台的教学资源实现。教育活动的实施需要大量的教学资源作为基础，所以在虚拟仿真实践教学平台建设过程中，必须重视对教育资源的集成与运用。一是开发虚拟仿真技术软件，应聘请专业的企业针对教育课程的实践要求进行软件开发。二是课程设计，在虚拟仿真实践项目的开展过程中，将组织企业导师与院校专业教师联合参与，以发挥各方资源的优势，实现理论与实践经验的高效融合。

（二）校企合作下虚拟仿真实践教学平台的运行机制建设

一切事物的运行都需要遵循一定的规律。唯有通过严格的管理制度与优秀的质量管理，方可充分保证校企合作的虚拟现实与仿真教育实践体系的顺利运作，同时实现校企合作共赢。构建校企合作虚拟仿真课程实施的具体机制如下：（1）高校与企业分别选派部分管理人员共同形成校企合作的统一组织机构，以便在各方内部形成合理的信息沟通机制。（2）充分利用各方的技术优势，形成共享的教育信息网络平台，做到校企合作的公平透明，从而提高校企合作教育的科学性和规范化。（3）加强对虚拟仿真教学实践平台的推广工作，在高校门户网站和公司官网同步推广，进行虚拟仿真教学实践平台的信息共享，对公司产生一定的效益。

（三）基于校企合作的虚拟仿真教学实践师资队伍培养机制建设

在校企联合下，虚拟仿真课程实践师资队伍的建立不仅要以高校师资为重点培养对象，还要进一步发掘企业师资的潜能。高校教师必须要以青年教师为主体，积极引导青年教师走出去，以推动青年教师有效培养。首先，组织年轻教师进行培训，在培训过程中，邀请企业员工参与其中。其次，在年度学习阶段，引导青年教师参与公司产品的实践，做好与客户的交流，强化青年教师的实践性教育，通过与公司人员的交流，提高青年教师的技术水平。另外，高校教师在进行科研项目的过程中，可以利用校企合作的虚拟仿真教学实践平台，加强与中小企业的互动，这样不但能够达到校企合作的虚拟仿真教学实践平台的高效使用，而且能够提高其主要科研项目的科学性与技术含量。在活动中，教师的整体素质和能力能够获得较大的提升。专业辅导员具备丰富的现场管理经验，业务素质较强，因此学校应该经常安排专业辅导员对学生开展理论知识的训练，并引导学生积极参与校内的活动，以增进教师与学生之间的交流，从而全面了解学生在这一阶段中的认知方式与基本思考方法。这样，高校教师与企业导师能够更加完善校企合作下的虚拟仿真教学实验平台，从而大幅度地提高校企合作下虚拟仿真教学与实验教师的技术水平。

（四）基于校企合作的虚拟仿真教学实践的学生考核机制建设

在学生的学习与实践过程中，正确、科学的评估是一个十分关键的组成部分。经过正确的科学评价后，不仅能够更加合理地了解学生对专业知识的掌握水平，还能够进一步加强教学，从而实现教学质量的稳定提升。由此可见，合理、科学的人才评价制度是确保校企合作下虚拟仿真教育实践体系顺利运转的重要基石。人才评估方式不仅要反映虚拟实践的特色，还要进一步体现企业在教学中的作用，建立以学校和企业为基本单位的多元化测评体系。在基于校企合作的虚拟仿真教学实践评估过程中，应以学生的实践经验为评估主体，充分结合课程评估、虚拟实践评估、能力评估等内容，构建“四位一体”的综合评估机制。在这种评估机制下，学生的实践能力、团队合作能力和实践创新设计能力可以进一步得到提高。